RroxbHLH91能够正向调控多个与L-抗坏血酸积累相关的基因

《Hormones and Behavior》：RroxbHLH91 positively regulates multiple genes involved in the accumulation of L-ascorbic acid

AsA积累调控、转录因子RroxbHLH91、bHLH转录因子、启动子结合、级联调控、拟南芥异源表达、番茄转基因验证、基因表达网络、抗氧化代谢、蔷薇果高AsA特性

　　在植物生理学和分子生物学领域，L-抗坏血酸（AsA）作为重要的抗氧化剂，不仅对植物的生长发育起着关键作用，还在应对各种环境胁迫中发挥着不可或缺的功能。AsA的积累机制一直是研究的重点，特别是在具有高AsA含量的果树中，如玫瑰果（*Rosa roxburghii*）。近年来，尽管AsA合成路径的基因已被逐步揭示，但其在植物体内的转录调控机制仍不完全清楚。本研究聚焦于* R. roxburghii *中AsA积累的关键调控因子RroxbHLH91，通过多种实验手段，揭示了其在AsA合成过程中的核心作用及其调控网络。

### AsA的生理功能与积累特性

AsA在植物体内具有广泛的生理功能，包括抗氧化、调节细胞氧化还原平衡、增强植物对逆境的适应能力以及促进生长发育。在多数园艺作物中，AsA的积累通常遵循早期高、后期逐渐下降的模式，这与果实成熟过程中的代谢变化密切相关。然而，* R. roxburghii *的果实却表现出持续上升的AsA积累趋势，直至果实完全成熟时达到峰值。这种独特的积累模式表明，* R. roxburghii *可能通过特殊的基因调控机制维持高AsA含量。相比之下，其他常见水果如草莓和番茄，其AsA含量在果实发育早期较高，随后逐渐降低。* R. roxburghii *的高AsA积累能力，不仅为研究植物中AsA合成的分子机制提供了理想模型，还可能对农业生产和食品营养学具有重要价值。

### RroxbHLH91的鉴定与功能验证

通过RNA-Seq和相关性分析，研究团队在* R. roxburghii *的果实发育过程中发现，RroxbHLH91与AsA合成相关基因呈现显著正相关。进一步的实验表明，RroxbHLH91主要在果实的果肉组织中表达，且其基因结构包含典型的bHLH家族保守结构域。为了验证其功能，研究者采用转基因方法和瞬时表达技术，对RroxbHLH91在AsA积累中的作用进行了深入探讨。结果表明，RroxbHLH91不仅能够直接激活AsA合成相关基因的表达，还通过调控上游转录因子RroxTTG2，间接影响下游基因的表达，从而在AsA合成路径中发挥核心调控作用。

在*Arabidopsis thaliana*中过表达RroxbHLH91，显著提高了叶片中的AsA浓度，达到102%的增幅。同时，AsA合成路径中的多个基因表达水平也明显上升，这进一步支持了RroxbHLH91在调控AsA积累中的关键地位。此外，RroxbHLH91在番茄中的过表达同样促进了AsA的积累，表明该转录因子可能具有一定的跨物种调控潜力。这些结果不仅验证了RroxbHLH91的功能，还揭示了其在不同植物中的潜在应用价值。

### RroxbHLH91的调控网络

为了进一步解析RroxbHLH91的调控机制，研究团队通过酵母单杂交（Y1H）、电泳迁移率变动分析（EMSA）和双荧光素酶报告基因实验（Dual-LUC）等方法，确认了RroxbHLH91能够直接结合并激活AsA合成相关基因的启动子区域，包括*RroxPME*、*RroxGalUR*和*RroxDHAR2*。这些基因分别参与了D-半乳糖酸、肌醇和氧化回收等AsA合成路径。RroxbHLH91通过与这些基因启动子中的E-box结构域结合，发挥其转录激活作用，从而促进AsA的合成与积累。

此外，RroxbHLH91还被发现能够调控RroxTTG2的表达。RroxTTG2作为调控植物表皮毛发育的重要转录因子，已被证实能够激活*RroxPME*、*RroxGalUR*和*RroxDHAR2*等基因，进而影响AsA的合成。这表明，RroxbHLH91可能通过调控RroxTTG2，形成一个复杂的调控网络，共同促进AsA的积累。这种多层次的调控机制为理解植物体内AsA合成的调控提供了新的视角。

### 基因调控的进化背景

从进化角度来看，基因家族的扩张和保守结构域的形成是植物适应环境变化的重要机制。本研究通过基因组比较和系统发育分析，发现*R. roxburghii*与*R. chinensis*、*R. rugosa*和*F. vesca*等物种共享一个古老的全基因组复制（WGD）事件，而与苹果（*M. domestica*）则缺乏这一近期的复制事件。这种基因组的进化差异可能解释了不同物种在AsA积累上的显著差异。尽管*R. roxburghii*的bHLH91基因在多个物种中表现出保守的结构域，如Motif1、Motif2、Motif3、Motif4和Motif7，但某些物种如拟南芥、枣树和葡萄则出现了额外的结构域（Motif5和Motif6），这些结构域的差异可能反映了bHLH基因家族在不同物种中的功能分化和适应性进化。

### 潜在的应用价值

RroxbHLH91的发现为提高植物体内AsA含量提供了新的分子靶点。通过基因工程手段，如转基因和基因编辑，可以进一步优化其表达水平，从而增强植物的抗氧化能力。这一研究不仅揭示了*R. roxburghii*中AsA积累的调控机制，还为其他具有高AsA含量的植物提供了参考。例如，拟南芥中的AtERF98、番茄中的SlHZ24、苹果中的MdMYB1以及猕猴桃中的AceMYBS1和AceGBF3等转录因子均被发现能够通过调控AsA合成相关基因来提升AsA含量。这些研究结果表明，AsA合成的调控机制在不同物种中存在一定的保守性，同时也具有物种特异性。

### 研究意义与未来方向

本研究的发现不仅有助于揭示*R. roxburghii*果实中AsA积累的分子机制，还为植物抗逆性研究提供了新的思路。AsA作为重要的抗氧化物质，其合成和积累能力直接影响植物的抗逆性和健康状况。因此，深入理解RroxbHLH91的调控网络，不仅对提升果实营养价值具有重要意义，还可能为培育高抗逆性的作物品种提供理论依据。未来的研究可以进一步探索RroxbHLH91在其他园艺作物中的功能，以及其与其他调控因子之间的相互作用，从而构建更全面的AsA合成调控网络。

综上所述，RroxbHLH91在*R. roxburghii*果实AsA积累中的作用已被系统性地揭示。它不仅直接调控AsA合成路径中的关键基因，还通过调控RroxTTG2间接影响这些基因的表达，形成一个复杂的调控网络。这一发现不仅深化了我们对AsA合成机制的理解，也为相关作物的遗传改良和营养提升提供了新的研究方向。